生態(tài)修復(fù)對遼河口蘆葦濕地N2O通量影響機(jī)制及生態(tài)效應(yīng)的研究.pdf

1、生態(tài)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生氧化亞氮(N2O)氣體釋放到大氣環(huán)境中，這是氮循環(huán)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，對全球氣候的影響不容忽視。大氣中的N2O由生態(tài)系統(tǒng)硝化、反硝化作用產(chǎn)生的部分占到了70％～90％，其中相當(dāng)大的一部分N2O來自土壤微生物過程中的硝化、反硝化作用。根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)在第4次評估的報(bào)告中顯示，工業(yè)化以前，大氣環(huán)境中N2O的含量為270×10-9，但截至2005年，N2O的濃度已增加至319×10-9。二氧化碳是最主

2、要的溫室氣體，與之相比，N2O氣體在大氣中濃度很低，但其單分子增溫潛勢卻是二氧化碳的310倍。
　　多項(xiàng)研究表明，N2O的產(chǎn)生與土壤性質(zhì)、含水率、電導(dǎo)率等環(huán)境因素以及微生物種群等生物因子均存在密切關(guān)系。在濕地生態(tài)系統(tǒng)，環(huán)境因子通過影響濕地土壤環(huán)境中微生物的生長活動(dòng)，從而對N2O的通量的釋放規(guī)律發(fā)揮重要影響。濱海濕地作為海岸帶主要的生態(tài)系統(tǒng)，是大氣中溫室效應(yīng)氣體N2O的重要來源。遼河三角洲濕地是全球第二大蘆葦濕地，以其龐大的面積和保

3、存良好的植被狀態(tài)著稱。關(guān)道明等的研究表明，遼河口區(qū)域水體是大氣中N2O排放“源”。但關(guān)于植被生長狀態(tài)與濕地沉積物N2O通量之間的關(guān)系及作用機(jī)制研究還少見報(bào)道。
　　伴隨著對遼河口三角洲濕地的不斷開發(fā)利用，一系列生態(tài)問題也隨之而來:天然濕地面積不斷減少，濕地生態(tài)環(huán)境退化問題日趨明顯。本研究選取遼河河口區(qū)蘆葦濕地植被退化和恢復(fù)過程中，蘆葦退化區(qū)、恢復(fù)區(qū)和未退化區(qū)等不同植被生長狀態(tài)的濕地類型作為研究區(qū)域，對蘆葦濕地沉積物水氣界面N2O通

4、量的變化規(guī)律、影響因素進(jìn)行監(jiān)測調(diào)查，初步探討了植被退化與生態(tài)修復(fù)對濱海濕地N2O通量的影響機(jī)制及可能造成的生態(tài)效應(yīng)，為深入探討濱海濕地氮循環(huán)過程及環(huán)境影響機(jī)制提供參考。
　　本研究分別于2014年7月、9月、11月在遼河河口區(qū)內(nèi)，選擇具有代表性的蘆葦群落退化區(qū)、恢復(fù)區(qū)和未退化區(qū)等三種蘆葦生長類型濕地，對各區(qū)域內(nèi)N2O通量及其影響因素進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，遼河河口區(qū)不同生長狀態(tài)蘆葦濕地N2O通量表現(xiàn)為退化區(qū)＞修復(fù)區(qū)＞未退化區(qū)，且秋季

5、顯高于夏季，是N2O的一個(gè)重要的“源”。研究區(qū)域內(nèi)N2O氣體釋放通量的日變化規(guī)律明顯，最關(guān)鍵的影響因素為環(huán)境溫度的影響，夏季在清晨或傍晚出現(xiàn)N2O吸收峰可能也與溫度變化有關(guān)。生長季三種植被類型濕地下的N2O通量與氣溫、箱溫、地溫等溫度參數(shù)與電導(dǎo)率顯著正相關(guān)，與含水率呈顯著負(fù)相關(guān)，表明植被退化與修復(fù)對濕地N2O釋放通量的影響與環(huán)境溫度及含水率和電導(dǎo)率的改變密切相關(guān)。N2O通量與濕地沉積物中氨氮、硝氮、TOC、C∶N比值含量呈正相關(guān)關(guān)系。遼

6、河口蘆葦濕地植被退化與恢復(fù)對N2O釋放量的影響與濕地沉積物營養(yǎng)物質(zhì)的含量有關(guān)。表明植被恢復(fù)在有效地改善濕地土壤養(yǎng)分含量及組成的同時(shí)，可抑制N2O的釋放。表現(xiàn)在N2O單位產(chǎn)量的全球增溫潛勢(GWP)上，盡管恢復(fù)區(qū)增溫潛勢仍高于未退化區(qū)，但比退化區(qū)降低了15％，退化區(qū)、生態(tài)恢復(fù)區(qū)、未退化區(qū)產(chǎn)生的N2O在未來100年的全球增溫趨勢表現(xiàn)為4.323、3.689、3.043 g/m2，因此，開展蘆葦濕地的生態(tài)修復(fù)，對減少溫室氣體N2O的釋放具有至

7、關(guān)重要的作用。
　　在25℃、80％持水率的條件下，在空氣、氧氣、氬氣三種不同的氣體環(huán)境中對三種生長狀態(tài)下蘆葦濕地土壤進(jìn)行培養(yǎng)192h，每隔24h測定一次土壤微生物產(chǎn)生N2O的速率。遼河口三種生長狀態(tài)蘆葦濕地退化區(qū)、修復(fù)區(qū)、未退化區(qū)向大氣中釋放N2O的最主要微生物過程為反硝化作用。反硝化過程對N2O釋放的貢獻(xiàn)量為74％、68％、109％。其次為硝化細(xì)菌的異養(yǎng)硝化作用，對N2O釋放的貢獻(xiàn)量分別表現(xiàn)為32％、64％、105％。自養(yǎng)硝化

8、作用對N2O釋放的貢獻(xiàn)量則分別為-24％、-45％、-98％，硝化細(xì)菌的反硝化作用的貢獻(xiàn)量為19％、13％、-16％。
　　我們通過PCR-DGGE的分子生物學(xué)方法對三種生長狀態(tài)蘆葦濕地含反硝化功能基因nosZ的菌群隨時(shí)間及空間的變化進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，不同時(shí)間同一區(qū)域含nosZ的種群具有較大差異，但同一時(shí)間不同區(qū)域的部分nosZ基因菌群具有較高相似性。生態(tài)修復(fù)有效改善了退化區(qū)濕地土壤中帶有nosZ基因的種群結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了種群多樣